中央空調變頻節能技術
一、中央空調節能最佳方法
由于中央空調主要設備是風機水泵，所以節能最佳方法就是采用變頻器。目前大多數中間空調還采用以往舊的控制方式，即：通過改變壓縮機機組、水泵、風機啟停臺數，以達到調節溫度的目的。
該調節方式缺點集中表現為如下幾點：
設備長時間全開或全閉，輪流運行，浪費電能驚人。
電機直接工頻啟動，沖擊電流大，嚴重影響設備使用壽命。
溫控效果不佳。當環境或冷熱負荷發生變化時，只能通過增減冷熱水泵的數量或使用擋風板來調節室內溫度，溫度波動大，舒適感差。
中央空調采用變頻器后有如下優點：
變頻器可軟啟動電機，大大減小沖擊電流，降低電機軸承磨損，延長軸承壽命。
調節水泵風機流量、壓力可直接通過更改變頻器的運行頻率來完
成，可減少或取消擋板、閥門。
系統耗電大大下降，噪聲減小。
若采用溫度閉環控制方式，系統可通過檢測環境溫度，自動調節風量，隨天氣、熱負荷的變化自動調節，溫度變化小，調節迅速。
系統可通過現場總線與中央控制室聯網，實現集中遠程監控。
二、供水系統變頻節能改造
無論是溴化鋰機組或電制冷(氟利昂)機組的中央空調系統，主機自身的能量消耗有機組控制，機外的電力消耗組不能控制，而這部分的成本是相當高的，卻通常被人忽視了。尤其是溴化鋰機組，在額定狀態制冷運用行時，機外水泵、冷卻塔的電機耗電量約占總體能源消耗成本的30%(以每公斤油2元、每度電1元計算)。無論從環境保護角度還是用戶切身利益角度，都應將中央空調系統設計成最節能的系統。采用變頻器來控制機外水泵電機、冷卻塔電機是最簡單、最有效的節能措施。一般情況節電20%~50%，每年可節省機組及系統總運行費用的12%~20%，十分驚人。
1、 冷卻水泵變頻控制
中央空調的冷卻水泵的功率是根據空調冷凍機組的壓縮機滿負荷工作設計的，當環境溫度及各種外界因素，冷凍機組不需要開啟全部壓縮機組，此時空調的冷凝系統所需要的冷卻量也相應地減小，這時就可以通過變頻調速器來調節冷卻水泵的轉速，降低冷卻水的循環速度及流量，使冷卻水的冷負荷被冷凝系統充分利用，從而達到節能目的。從我公司對中央空調的變頻節能改造得出以下的數據，其冷卻水泵、冷溫水泵在低流量運行時，可以大幅度節省電力，尤其針對直燃機冷卻水流量曲線的特點，采用變頻控制，意義更大，從遠大BZ型直燃機中央空調系統采用海利普變頻器控制水泵測試數據為例：
當制冷量75%時，機組所需冷卻水流量34%，水泵電耗約20%;
當制冷量50%時，機組所需冷卻水流量22%，水泵電耗約15%。
2、 冷溫水泵變頻控制
中央空調的冷媒水泵的功率是根據空調滿負荷工作設計的，當賓館、酒店、大廈需要的冷量或熱量沒有達到空調的滿負荷，這時就可以通過變頻器調速器來調節冷媒水泵的轉速，降低冷媒水的循環速度，使冷量和熱量得到充分利用，從而達到節能目的。如果制冷、采暖共用一臺水泵，則冬季水泵流量只需50%，自然可大大節省電力;即使是冬夏分泵運行，也可在低負荷季節適當降低流量，如90%流量時，電耗約75%。
3、 冷卻塔風機變頻控制
風機功率一般都較小，節電不如水泵明顯。但風機采取變頻控制能極大地有助于冷卻水恒溫，這對于機組制冷恒溫極為關鍵;且能使機組溶液循環穩定，獲得最大限度的節省燃料。冷卻塔風扇低轉速運行還能大幅度減少漂水，節省水源、延緩水質劣化、減少水霧對周圍的影響。
4、 采用變頻器的其他益處
由于變頻器的啟動、停止過程是漸強、漸弱式，能消除電機啟動對電網的沖擊。并可避免電機因過載而引起的故障。
由于電機經常處于低負荷運行，能大幅度延長電機及水泵、風機的壽命，同時因沒有啟動、停止的沖擊，加上流量的減少，管路承壓及所受沖擊力減小，故對管道、閥門、末端設備也起到了保護作用。另一方面，設備噪音、震動均減小，保護了環境。
5、 中央空調機組外變頻器的控制方式
根據冷卻水出/入口的溫度改變水泵轉速，調整流量;
根據冷卻水入口溫度改變冷卻塔風機轉速，調整水溫;
根據冷溫水出/入口的溫差改變水泵轉速，調整流量;
根據冷卻水出水的溫度改變水泵轉速，調整流量;
根據冷媒水的回水溫度改變水泵轉速，調節稅流量;
三、中央空調末端設備—變風量機組變頻控制
變風量機組也是中央空調系統重要的組成部分，其性能指標(風量、冷量、噪音、用電量)的優劣，除了變風量機組本身的性能外，更重要的還取決于控制的模式、控制器的性能、品質。
隨著中央空調的不斷普及，變風量機組調節控制器已經經歷了三個發展階段：
第一階段：風閥調節。能起到調節風量的作用，但電能量消耗大、噪音大。
第二階段：可控硅調壓調速。能起到調節風量、冷量、節能的作用，對變風量機組的噪音有一定的改良作用，其缺點是體積大、可靠性穩定性低、故障率高。
第三階段：變頻調節。能最大限度的滿足變風量機組對風量、冷量、噪音的調節要求，節能效果更明顯，體積小，可靠性穩定性高。
目前，變頻控制器以其特有的優勢，正被中央空調業內人士所青睞。
中央空調調節冷凍/冷卻泵轉速的節電原理：
采用交流變頻技術控制冷凍/冷卻泵的運行，是目前中央空調系統節能改造的有效途經之一。
泵的負載功率與轉速成3次方比例關系，即P∝N3，其中P為功率，N為轉速;可見用變頻調速的方法來減少水泵流量的經濟效益是十分顯著的，當所需流量減少，水泵轉速降低時，其電動機的所需功率按轉速的三次方下降。例如：
A.當水泵流量下降10%(跟蹤輸出頻率為45Hz)
則電動機軸功率P′=(0.9)3P=0.729P 即節電率27.1%
B. 當水泵流量下降30%(跟蹤輸出頻率為35Hz)
則電動機軸功率P′=(0.7)3P=0.343 即節電率65.7%
當冷水機負荷下降時，所需的水流量減少，通過電動機的調速裝置降低泵的轉速來減少水的流量，泵的軸功率相應減少，電動機的輸入功率也隨之減少。當用冷量增加，冷機負荷量增大，冷凝器進出水溫差增大，變頻器運行頻率增加，水泵轉速加快，水流量增加，從而維持溫差恒定。反之亦然。從而達到理想的節能效果。
三晶變頻器在中央空調上的應用
在我國經濟快速發展的大背景下，由于房地產的快速發展需求，中央空調的市場需求呈現強勁的增長趨勢。在市場容量不斷增大的吸引下，越來越多的廠家加入到商用中央空調的領域。節能技術應用于中央空調系統，對提升中央空調自動化水平、降低能耗、減少對電網的沖擊、延長機械及管網的使用壽命，都具有重要的意義。
中央空調是現代大廈物業、賓館、商場不可缺少的設施，它能帶給人們四季如春，溫馨舒適的每一天，由于中央空調功率大，耗能大，加上設計上存在“大馬拉小車”的現象，支付中央空調所用電費是用戶一項巨大的開支。因為季節的變化、晝夜的變化、賓館酒樓客人入住率的變化、娛樂場所開放時間的變化等等，從而導致中央空調系統對室內熱源吸收量的變化，再加之工藝設計上電機功率設計有相當的富裕量，因此，存在明顯的節電空間。將變頻技術引入中央空調系統，保持室內恒溫，對其進行的節能改造是降本增效的一條捷徑。
中央空調系統
圖1所示為一典型中央空調機組系統圖，主要由冷凍水循環系統、冷卻水循環系統及主機三部分組成：
冷凍水循環系統
該部分由冷凍泵、室內風機及冷凍水管道等組成。從主機蒸發器流出的低溫冷凍水由冷凍泵加壓送入冷凍水管道(出水)，進入室內進行熱交換，帶走房間內的熱量，最后回到主機蒸發器(回水)。室內風機用于將空氣吹過冷凍水管道，降低空氣溫度，加速室內熱交換。
冷卻水循環部分
該部分由冷卻泵、冷卻水管道、冷卻水塔及冷凝器等組成。冷凍水循環系統進行室內熱交換的同時，必將帶走室內大量的熱能。該熱能通過主機內的冷媒傳遞給冷卻水，使冷卻水溫度升高。冷卻泵將升溫后的冷卻水壓入冷卻水塔(出水)，使之與大氣進行熱交換，降低溫度后再送回主機冷凝器(回水)。
主機
主機部分由壓縮機、蒸發器、冷凝器及冷媒(制冷劑)等組成，其工作循環過程如下：
首先低壓氣態冷媒被壓縮機加壓進入冷凝器并逐漸冷凝成高壓液體。在冷凝過程中冷媒會釋放出大量熱能，這部分熱能被冷凝器中的冷卻水吸收并送到室外的冷卻塔上，最終釋放到大氣中去。隨后冷凝器中的高壓液態冷媒在流經蒸發器前的節流降壓裝置時，因為壓力的突變而氣化，形成氣液混合物進入蒸發器。冷媒在蒸發器中不斷氣化，同時會吸收冷凍水中的熱量使其達到較低溫度。最后，蒸發器中氣化后的冷媒又變成了低壓氣體，重新進入了壓縮機，如此循環往復。
節能理論
中央空調節能改造前的工況
在中央空調系統設計時，冷凍泵、冷卻泵的電機容量是根據建筑物的最大設計熱負荷選定的，都留有一定設計余量。由于四季氣候及晝夜溫差變化，中央空調工作時的熱負荷總是不斷變化。下圖2為一民用建筑物的平均熱負荷情況：
如上圖所示，該中央空調一年中負荷率在50%以下的時間超過了全部運行時間的50%。通常冷卻水管路的設計溫差為5～6℃，而實際應用表明大部分時間里冷卻水管路的溫差僅為2～4℃，這說明制冷所需的冷凍水、冷卻水流量通常都低于設計流量，這樣就形成了中央空調低溫差、低負荷、大工作流量的工況。
在沒有使用節能系統前，工頻供電下的水泵始終全速運行，管道中的供水流量只能通過閥門或回流方式調節，這必會產生大量的節流及回流損失，同時也增加了電機的負荷，白白消耗了許多電能。
中央空調水泵電機的耗電量約占中央空調系統總耗電量的30-40%，故對其進行節能改造具有很明顯的節能效果。
節能理論根據
由流體力學理論可知，離心式流體傳輸設備(如離心式水泵、風機等)的輸出流量Q與其轉速n成正比;輸出壓力P(揚程)與其轉速n的平方成正比;輸出功率N與其轉速n的三次方成正比，用數學公式可表示為：
Q = K1 × n P = K2 × n2
N = Q × P = K3 × n3 (K1、 K2 、K3為比例常數)
由上述原理可知，降低水泵的轉速，水泵的輸出功率就可以下降更多。如將電機的供電頻率由50Hz降為40Hz，則理論上，低頻40Hz與高頻50Hz的輸出功率之比為(40/50)3=0.512。
實踐證明，在中央空調系統中接入變頻節能系統，利用變頻技術改變水泵轉速來調節管道中的流量，以取代閥門調節及回流方式，能取得明顯的節能效果，一般節電率都在30%以上。同時變頻器的軟啟動功能及平滑調速的特點可實現對中央空調的平穩調節，并可延長機組及管組的使用壽命。
節能方案分析
中央空調各循環水系統的回水與出水溫度之差，反映了整個系統需要進行的熱交換量。因此，根據回水與出水的溫度差來控制循環水的流量，從而控制熱交換的速度，是首選的節能控制方法。
冷凍水循環系統
冷凍水的出水溫度是由主機的制冷效果決定的，通常比較穩定，因此冷凍回水溫度可以準確的反映室內的熱負荷情況。由此，對于冷凍水循環系統的節能改造，可以取回水溫度作為控制目標，通過變頻器對冷凍泵流量的自動調節來實現對室內溫度的控制。
冷卻水循環系統
冷卻水循環系統同時受室外環境溫度及室內熱負荷兩方面影響，循環水管道單側的水溫不能準確反映該系統的熱交換量，因此以出水與回水之間的溫差作為控制室內溫度的依據是合理的節能方式。在外界環境溫度不變的情況下，溫差大，說明室內熱負荷較大，應提高冷卻泵的轉速，增大冷卻水循環的速度;相應的，溫差小則減小冷卻泵轉速。
該節能方案的基本思路為：
分別在主機蒸發器回水處、冷凝器出水及回水處安裝溫度傳感器，實時檢測管網的溫度，以模擬信號(0~10V或者4~20mA)反饋給變頻器，通過變頻器內置的PID運算輸出相應的頻率指令后自動調節水泵轉速，從而調節各循環水的熱交換速度，最終實現對室內恒溫度的控制。需要特別說明的是，變頻器內部在設計上集成了溫差反饋處理功能，系統無須另配專用控制模塊。
變頻節能系統特點
1、變頻器界面為LED顯示，監控參數豐富;鍵盤布局簡潔、操作方便;
2、變頻器有過流、過載、過壓、過熱等多種電子保護裝置，并具有豐富的故障報警輸出功能，可有效保護供水系統的正常運作;
3、加裝變頻器后，電機具有軟啟動及無極調速功能，可使水泵和電機的機械磨損大為降低，延長管組壽命;
4、 變頻器內部裝有大容量濾波電容，可有效提高用電設備的功率因數;
5、 該系統實現了對溫度的PID閉環調節，室內溫度變化平穩，人體感覺舒適。
總結
將變頻技術應用于中央空調系統，對提升中央空調自動化水平、降低能耗、減少對電網的沖擊、延長機械及管網的使用壽命，都具有重要的意義。
空調節能的新動向
1、變流量技術與變頻調速
提高空調系統運行的全年或季年性能源效率，越來越受到人們的關注。近年來，特別是減少風機、水泵的運行能耗更引人關注。 因此，除系統小型化外，變水量(VWV)、變風量(VAV)和變制冷劑流量(VRV)系統的研究與應用，大大促進了制冷空調技術的發展，與機器設備調速技術相結合的變流量技術，則可以大大提高空調系統與設備的能源利用率。
實現變流量技術一方面要在系統設計上加以考慮，另一方面要靠設備來實現。泵與風機的變頻調節技術是普遍采用的一項重要的節能措施。
中央空調中水泵風機用電量占空調總用電量30-40%。因此，泵類和風機變速運行節能量是顯著的。
變流量水系統的節能效果好。設計負荷運行時間約占總運行時間的(6～8)%，水泵的能耗很大，約占空調系統總能耗量的(15～20)%。由于水泵實際工作點往往不能處于效率最高點，即使流量減小了，實際用電量減少并不多。而采用變頻調速裝置調節流量可收到良好的節能效果。
如送風面積大或房間多，設計時可將變風量系統分為兩個或數個系統，以使控制更靈活，調節更方便，節能效果更顯著。
變頻調速原理如下：
異步電動機的轉速n由下式公式確定：
n=60 f (1-s ) / p
其中：p為電機極對數;f為交流電源的頻率;s為電動機的轉差率。
因此，對異步電機而言，當負載轉矩恒定時，其轉速與電源頻率成正比。
泵與風機應用交流變頻器節能的原理：
泵與風機的流量與轉速的1次方成正比。但軸功率N與轉速n的關系如下：
N2=N1 * ( n2 / n 1 )3
即泵或風機的軸功率與轉速的3次方成正比。當電動機的轉速由n1 減少10%變為n2時，軸功率將減少27%。轉速減少20%時，軸功率將減少49%。
與改變泵或風機出口閥門開度的方法相比，變頻調速方法的節能效果是非常明顯的。
2、蓄能空調技術
蓄能空調技術就是利用夜間電網低谷時的電力來制冷或制熱，把冷量或熱能儲存起來，在白天電力高峰用電緊張時釋放冷量或熱能，滿足建筑物空調冷源或熱水需要。
(1)蓄能空調的起源與國際上的發展情況
水蓄冷空調大約出現在1930 年前后，最初用于影劇院、教堂、乳品加工廠等短時間使用降溫、負荷集中的場所。這種蓄冷技術可以用小制冷機帶動大冷負荷，可以降低制冷系統的初投資。后來，制冷機成本明顯降低，該項技術的應用陷入了停滯期。 1973年的能源危機，再次引起人們對空調蓄冷的關注。20世紀80年代，冰蓄冷空調技術在能源緊缺的發達國家迅速推廣。在大型商場、辦公樓、商住樓、賓館飯店、娛樂場所、醫院等場所應用效果顯著。從世界范圍看，世界發達國家都已經或正在使用蓄冷空調。目前該項技術在世界上屬于成熟的技術，世界各國廣泛于應用各個領域。目前，最新的蓄冷空調是低溫、大溫差供冷送風技術，少數工程已做到比常規空調系統投資更少。
(2)冰蓄冷空調技術在我國國內的發展情況
隨著社會發展和生活水平的提高，我國各地空調用電大幅度增長。而且許多企業由于晚班生產工效低，需另付晚班費等原因，漸漸恢復到白天生產，導致低谷用電負荷反而逐年相對下降。因此，城市用電峰谷差日趨拉大，城市尖峰用電時段電力緊張，迫使電力部門拉閘限電。而低谷用電時段電力過剩。根據美國、日本及臺灣省的經驗，解決上述矛盾的一個有效途徑是發展蓄能空調，將尖峰負荷轉移到低谷時段。
與常規空調系統比較，冰蓄冷空調一方面對電網削峰填谷，優化資源配置，減少電力電站投資，保護生態環境有良好的社會效益。另一方面，對采用冰蓄冷空調的業主而言，還可以得到以下的實惠：減免電力增容費用，減少制冷主機的裝機容量，減少相應的配電設備投資，節省大量的運行費用，停電時還可以作為應急冷源繼續供冷。
(3)蓄冷空調技術的基本原理
蓄冷中央空調簡單地講就是在常規中央空調增加了一套蓄冷裝置，如：蓄冰槽、蓄冰桶等。蓄冰空調主要利用分時電價政策，在夜間用電低谷期，采用電制冷機制 冷，將制得冷量以冰(或其它介質)的形式儲存起來。在白天空調負荷高峰期，將冷量釋放，便可達到少開中央空調主機甚至不開主機的目標。
(4)蓄冷空調的分類
按蓄冷介質分：
水蓄冷—用水作為蓄冷的介質，有一定的應用，某些條件下有優勢。
冰蓄冷—用冰作為蓄冷的介質，目前最常用。
共晶鹽等高分子介質，目前少用。
按蓄冷方式分：
部分蓄冷。部分蓄冷是指制冷機連續運行，在夜間制冷儲能，以補足白天高峰制冷負荷，白天同時使用制冷機與夜間儲存的冷量供應空調負荷。部分蓄冷是目前最常用方式。
全部蓄冷。全部蓄冷是利用低谷電荷時制冷機蓄冰儲能，白天空調不使用制冰機，所有空調負荷完全以儲存的冷能供給。這種方式常用于改建工程，也適用需要瞬時大量釋冷的建筑物，如體育館。
(5)采用冰蓄冷空調技術對用戶的效益
減少制冷主機的裝機容量和功率，可減少30%-50%。
減少電力增容費和供配電設施費。減少相應的電力設備投資，如：變壓器、配電柜等。例如,罐頭廠.
減少冷卻塔的裝機容量和功率。
設備滿負荷運行比例增大，充分提高設備利用率和效率。
系統冷量調節靈活，過渡季節不開或少開制冷主機，節能效果明顯。
利用低谷廉價電力，節省大量的運行費用，可節省40%-50%。
易于實現大溫差和低溫送風，節省輸送系統的投資和能耗。
相對溫度更低，空調品質提高，能有效防止中央空調綜合癥。
具有應急功能，停電時可利用自備電力啟動水泵溶冰供冷，空調系統的可靠性提高。
缺點
通常在不計電力增容費的前提下，其一次性投資比常規空調大(在15% 以內) 。
儲冰裝置要占用一定的建筑空間。
制冷儲冰時主機效率比在空調工況下運行低。
設計和調試相對復雜。
(6)蓄冷空調技術的社會效益
商業用電一般集中在9：00-23：00。若按尖峰用電負荷建設發電設備與供電電網，那么在低谷時段，相當一部分發電設備與輸電設備不能充分發揮作用，折算到每kWh的平均供電成本也要上升。如果按平均用電負荷建設發電廠輸配電網，那么在尖峰時段，用電負荷就會超過供電能力，必須采取拉閘停電，強制削減用電負荷。而采用了蓄冷空調之后，尖峰時段制冷機不制冷或少制冷，即可均衡用電負荷，保證供電。
如果單純為了滿足尖峰用電負荷需要，就必須興建更多的新電廠。在空調的社會普及率相當高后，如果采用蓄冷空調技術，就可有效地把空調用電的約40%左右的 負荷轉移到低谷時段，就可不建或緩建新電廠。從而提高了現有發電設備與輸配電網的利用率與效率，改善電力建設的投資效益。